市政道路工程中高性能混凝土的应用研究

魏子贺 徐明朝

摘 要：我国经济、科技的不断发展，刺激着道路工程建设也在快速进步。同样社会对于道路工程的需求与要求也在不断发展，出现了越来越多的高难度市政道路工程。其中材料作为工程中非常重要的一环，也亟待革新，以提升工程质量。本文首先介绍了高性能混凝土的特性，随后针对目前市政道路工程中混凝土常出现的问题进行分析并论述了高性能混凝土在市政道路工程中的应用方面。

关键词：高性能混凝土;市政道路工程;应用

中图分类号：U414 文献标识码：A

1 高性能混凝土

土木工程中常用到的普通混凝土材料是由水泥、砂石以及水按一定配合比组成的，而高性能混凝土就是在普通混凝土基础之上掺加一定外加剂与掺合料，以达到某一方面性能的提升。经过实践表明，普通混凝土通过掺加特定的材料，可以形成满足预期功能的高性能混凝土，在不同的工程环境中发挥出特定效用。根据已有研究，对应用于市政道路的高性能混凝土提出了以下要求：

1.1 耐久性

市政道路工程作为一类负荷大、使用周期长的建设工程，往往需要其具有良好的耐久性。在长期的动力荷载作用下要能够保持其设计功能，避免路面裂缝的产生，来保障市政道路使用寿命。

1.2 强度

强度作为路面材料最基本的性质要求之一，直接决定着路面质量的高低。通过选用高强水泥以及合适的掺合料，能够有效地保证混凝土材料的高强性，保障道路工程的路面承载力。同时混凝土的强度也影响着工程的寿命，高强路面能够大大减少使用期间的维护费用，增加综合效益。

1.3 绿色环保

在建设项目中，除了保障工程质量，还需要尽可能做到节能减排、绿色环保。高性能混凝土由于其自身高强度的性质，能够有效节省建筑材料的使用量，间接减少环境污染、节约建设成本。

1.4 体积安定性

由于市政道路使用的特殊性，所以建设时对于混凝土材料的变形也需要做出要求。这就需要高性能混凝土自身性质要稳定，且能适应低温等恶劣工作环境，在外界扰动下能保证自身体积的安定性。

2 推广高性能混凝土时存在的问题

目前我国的道路工程行业发展迅速，高性能混凝土的需求也得到了极大地刺激，但目前我国行业内对于高性能混凝土的研究仍处于一个相对不足的阶段。高性能混凝土的研制，除了要选择优质材料外，还需要对材料混合的配合比以及掺合料、外加剂予以重视，在养护过程中对于养护方法、时间也有要求。但是这些技术上的规程要求，在某种程度上也制约了高性能混凝土在工程中的实际操作与推广。另外，工程领域内普遍认为高性能混凝土的强度应大于60 MPa，这使得其在工程应用中受到了限制。同时对于混凝土材料而言，一般强度越大，其硬度越大、脆性越明显，这就使得其抗震能力得到极大减弱。特别对于受到交通荷载频繁作用的道路工程，这一缺陷也就越发明显。因此对于高强度混凝土的研制方面，应当对强度低于60 MPa的普通混凝土進行高性能化，用于道路建设。

3 市政道路工程中高性能混凝土的应用

3.1 快速固化修复

随着我国交通压力的逐渐增大，道路修复也面对着很多问题，譬如采用普通混凝土进行修复时其凝结固化周期较长，对交通运输会产生较大干扰。特别是对于高速公路以及城市道路的修复，由于其交通性质，普通混凝土施工造成的经济损失更加巨大。因此，水泥混凝土路面的修复技术对于材料固化时间提出了较高要求。研究表明，采用工业矿渣、粉煤灰作为掺合料，并加入合适的外加剂能够制备出具有快速凝结能力的高性能混凝土，使用该混凝土材料进行路面修复，在施工后数小时即可通车走人，大大节省了修复时间，且该材料的耐久性较普通硅酸盐水泥更强。此外，由于材料中使用了大量诸如工业矿渣、粉煤灰等工业、生活废料，变废为宝的利用方式符合节能减排目标。

3.2 高性能纤维混凝土技术

普通混凝土自身具有抗拉强度低、韧性差等问题，并且混凝土强度越高这些性质越突出。通过对水泥混凝土进行纤维复合，改善内部结构，充分利用其高抗压强度的同时，增加混凝土多种性能性。譬如通过复合不同种类或掺量的纤维以改善混凝土的抗拉强度、抗折强度、抗疲劳特性等。下文对工程中高性能混凝土主要复合的几种纤维材料进行介绍：

3.2.1 钢纤维

钢纤维凭借自身优异的抗拉强度、延性性能，在材料研究早期就被用于混凝土的性能改善。目前已有的大量道路桥梁工程实践证明，钢纤维混凝土在使用中表现出了远超普通混凝土的力学性能。在合适的钢纤维掺量下，道路混凝土面层厚度在设计要求上可以得到有效放宽，以此能够节省建设材料用量、降低建设成本。除此之外，钢纤维具有较好的韧性，能够弥补普通混凝土抗疲劳能力差的弱点。

3.2.2 玻璃纤维

玻璃纤维具有比钢纤维更好的力学性能，且其弹性模量与混凝土相近，理论上受力过程中两者粘结将会更牢固。且玻璃纤维在成本上要远低于钢纤维，有更高的应用效益，是混凝土复合材料的一个趋势。但目前玻璃纤维应用于混凝土材料仍存在一些不可回避的问题。譬如普通玻璃纤维其主要成分有二氧化硅，在普通硅酸盐水泥的碱性环境中极易发生损坏，无法达到预期的效果。所以如果想要对普通玻璃纤维的性能予以利用，就需要对玻璃纤维进行耐碱处理，但该工艺不仅复杂而且成本较高，无法大量普及使用。目前，随着研究的逐步加深，耐碱蚀玻璃纤维混凝土的研制已经有了较大突破，成本上也得到了一定的控制，未来在市政道路上的应用前景极为广阔。

3.2.3 碳纤维

碳纤维是一种性质稳定的新型材料，被广泛应用在电子信息、航空航天、生物医学等领域，并发挥了出色的效用。在工程性质上，碳纤维有着较强的抗拉能力与延性，且能够在各种恶劣环境下保持其较好的性能，所以作为工程材料具有很强的应用价值。试验表明，碳纤维混凝土相较于普通混凝土在抗裂性、耐腐蚀性、延性等方面有着更好的表现。

3.2.4 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维作为一种研究开始较晚的有机纤维材料，其纤维尺寸更小，故相同掺量下，聚丙烯纤维的根数较钢纤维等无机纤维更多且分散更为均匀。在材料中能够更好地发挥其延性性质，缓解混凝土脆性倾向。

4 结语

综上所述，高性能混凝土作为一种极具发展潜力的材料，通过材料选择、施工工艺等多方面的创新，可以满足很多普通混凝土无法完成的工程诉求。对于一些特殊的市政道路工程，高性能混凝土不仅可以满足工程要求还能够达到降低成本的目的，具有很强的实用意义与发展价值，并且由于采用了很多工业废料作为掺合料，符合我国绿色发展的号召。综上所述，以高性能快速修补混凝土和纤维增强高性能混凝土为例的高性能混凝土在工程中有着较强的竞争力，符合我国发展的需求，值得大力推广应用，是我国未来发展的必然趋势。但目前对于高性能混凝土仍缺乏系统性的研究，需要后续不断地探索与应用，为市政道路工程提供更多发展基础。

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